水稻轉Bt基因對稻田土壤光合碳固定和微生物多樣性的影響研究.pdf

1、近年來，隨著轉Bt基因植物的大量環(huán)境釋放，轉基因作物的生態(tài)安全問題越來越受到人們的關注與重視。尤其外源性基因(包括目的基因、標記基因和啟動子等)的插入打亂了原有的基因網絡，可能引起轉基因作物的生理生化過程或光合產物代謝途徑的改變，并由此導致以根系分泌物為底物和能源的微生物種群結構和活性變化，從而對農田土壤質量造成負面影響。本研究針對當前轉Bt基因植物農田生態(tài)安全風險評價中關注的主要問題，以轉Bt基因水稻“克螟稻”和親本水稻“秀水11”為

2、試材，通過13C穩(wěn)定態(tài)同位素脈沖標記技術，闡明了轉Bt基因克螟稻及其親本各器官(根、莖、葉)光合產物瞬時分配的差異以及水稻轉Bt基因對土壤有機碳固定和微生物種群結構多樣性的影響。在此基礎上通過田間小區(qū)試驗，對比殺蟲劑施用和轉Bt基因水稻種植對水稻根際微生物群落結構多樣性的影響。研究結果為“克螟稻”等轉Bt基因水稻大規(guī)模釋放的農田土壤生態(tài)安全風險性評價提供了重要依據(jù)，并為同類研究提供了可借鑒的研究方法。具體研究結果如下： 以克螟稻

3、和親本稻秀水11為研究對象，在溫室條件下探討了水稻不同生育期旗葉光合作用及其相關酶活性的變化。發(fā)現(xiàn)轉Bt基因促進水稻拔節(jié)期和抽穗期旗葉光合速率和葉綠素含量顯著升高。成熟期轉Bt基因水稻與親本水稻旗葉各生理指標無顯著性差異。表明外源Bt基因的插入會引發(fā)水稻生長過程中光合生理特性的顯著性變化，這種變化對農田土壤生態(tài)風險性影響有待進一步研究。 基于轉Bt基因對水稻光合特性的顯著影響，應用13C穩(wěn)定態(tài)同位素脈沖標記技術分析了水稻轉Bt基

4、因對植物生長過程光合產物固定、分配及其根際活性微生物種群結構多樣性的影響。結果表明，隨著水稻生長，植物地上部分固定13C的含量逐漸升高，而地下部分和土壤微生物中固定的13C含量呈緩慢降低；苗期、拔節(jié)期和抽穗期轉Bt基因克螟稻與親本水稻葉片中13C含量呈現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)，然而在水稻生長的成熟期未觀察到兩者之間的顯著性差異；苗期、拔節(jié)期和抽穗期，轉Bt基因水稻根際革蘭氏陽性菌(G+)代表性脂肪酸含量顯著低于其親本水稻(P<0.0

5、5)，革蘭氏陰性菌( G-)代表性脂肪酸含量則明顯高于其親本水稻(P<0.05)，但在成熟期，兩種水稻根際之間G+、G-以及磷脂脂肪酸總含量未呈現(xiàn)顯著性差異(P>0.05)；此外，在水稻生長的整個過程中，轉Bt基因對水稻根際土壤真菌和放線菌代表性磷脂脂肪酸含量無顯著性影響(P>0.05)?？傮w而言，兩種水稻瞬間光合產物優(yōu)先進入根際革蘭氏陽性菌(16:0)，真菌(c18:2ω6)和革蘭氏陰性菌(c18:1)中。結果表明，cylAb基因的插

6、入對苗期、拔節(jié)期和抽穗期水稻光合產物的分配以及根際細菌種群結構具有顯著性影響，但這種影響并不持續(xù)到成熟期。 以13C標記的轉Bt基因和親本稻秸稈為試材，在溫室條件下，通過秸稈還土試驗探討水稻轉Bt基因對土壤有機碳固定效應的影響。結果發(fā)現(xiàn)，秸稈添加可顯著提高淹水土壤甲烷和二氧化碳的排放通量。水稻根際微環(huán)境對秸稈的降解具有顯著性的促進作用，秸稈降解過程中根際土壤有機碳(SOC)、溶解性有機碳(DOC)、微生物量碳(MBC)含量以及甲

7、烷和二氧化碳排放速率均顯著高于非根際土壤；與親本水稻秸稈降解相比，水稻轉Bt基因對根際和非根際區(qū)域秸稈的降解、土壤有機碳、溶解性有機碳和微生物量碳含量以及甲烷和二氧化碳的排放通量無顯著性影響。變性梯度凝膠電泳(DGGE)圖譜及其主成份(PCA)分析表明，水稻秸稈的添加對淹水土壤和水稻根際土壤產甲烷古菌的種群結構多樣性具有一定的影響，但水稻轉Bt基因則對淹水土壤和水稻根際產甲烷古菌沒有顯著性影響(P>0.05)。 通過田間試驗，對

8、比分析了水稻轉Bt基因和殺蟲劑施用對稻田土壤微生物學活性和根際細菌種群多樣性的影響。結果發(fā)現(xiàn)水稻生長過程中根際土壤生物學活性發(fā)生顯著性變化(P<0.05)，但轉Bt crylAb基因和三唑磷殺蟲劑的施用均未對水稻根際土壤磷酸酶活性、脫氫酶活性、厭氧呼吸強度和產甲烷活性造成顯著性影響(P>0.05)。而水稻不同生長時期對水稻根際土壤微生物學活性有顯著性影響(P<0.05)。PCR-DGGE分子指紋圖譜分析表明，三唑磷殺蟲劑施用對拔節(jié)期和抽